Документ 4796901

Знакомьтесь!
Диффузия – проникновение
молекул одного вещества в
промежутки между молекулами
другого вещества.
Гипотеза: процесс
диффузии зависит
от температуры и
рода вещества.
Выбор и обоснование
 Явление диффузии широко применяется на производстве, в
медицине, для создания микросхем. Гемодиализ спас жизнь многим
больным.
 Проблема очищения крови занимала медицинскую науку ещё с
античных времен. В древности считалось, что многие болезни
происходят от смешения телесных жидкостей. Для их очистки
применялись различные отвары и смеси растений и минералов.
Данные действия были в массе своей неэффективны или даже
вредны для больного. Интерес к очищению крови то вспыхивал, то
угасал. На качественно новый уровень проблема очищения крови
вышла в начале XIX века, когда с развитием биохимии стали
понятны многие процессы, протекающие в организме человека.
Физические основы гемодиализа заложил в 1854 году шотландский
ученый Томас Грэхэм. В своей работе он экспериментально доказал
классические в настоящее время законы диффузии . Процесс
диффузии кристаллоидных растворов был назван им «диализом». В
своей работе он также доказал связь размеров молекулы и скорости
диффузии. Чем молекула больше, тем меньше скорость диффузии.
Во время гемодиализа происходит удаление находящихся в крови
веществ путём диффузии и конвекции, а также удаление лишней
воды из организма (ультрафильтрация).
Немного истории





Уже в глубокой древности, за 2500 тыс. лет до нашего
времени, зародилось представление, что все
окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц.
Однако лишь за последние 150 лет развилось и было
экспериментально обосновано современное учение о
молекулах и атомах – молекулярная теория. Одним из
основателей молекулярной теории был Демокрит. Суть
учения Демокрита сводилась к следующему: не
существует ничего, кроме атомов; атомы бесконечны по
числу и бесконечно разнообразны по форме. Учение
Демокрита существует давно, однако и нынешнее учение
основано на предположениях того времени. В основе
современного положения молекулярно-кинетической
лежат три утверждения:
1. вещество состоит из частиц;
2. эти частицы хаотически движутся;
3. частицы взаимодействуют друг с другом.
Из учения Демокрита следует, что все тела состоят из
атомов, однако атомы могут образовывать молекулы.
Молекулами называют мельчайшие частицы, из которых
состоят различные вещества и которые обладают
свойствами этого вещества. Все частицы находятся в
непрерывном движении. Одним из проявлений
теплового движения является процесс диффузии.
Опыт I
1. Положим в каждое блюдце по 3 леденца одинакового цвета. Нальём в каждое блюдце одинаковое количество
воды при температуре t = 13 °C .
2. Вода в блюдцах начинала окрашиваться в цвет леденцов через несколько минут, т.е. началось растворение
леденцов. Вода является хорошим растворителем. Под действием молекул воды происходит разрушение связей
между молекулами веществ твёрдых леденцов. В результате молекулы воды начинают проникать в промежутки
между молекулами твёрдых веществ, нарушая силы притяжения. Одновременно начинают действовать силы
отталкивания и, как следствие, происходит разрушение кристаллической решётки твёрдого вещества. Однако
размеры молекул воды и окрашенных леденцов настолько малы и их так много, что проследить за движением
одной молекулы невозможно. Наблюдаемое явление называется диффузией. Процесс растворения леденцов
закончился, вода полностью окрасилась в цвет леденцов, находящихся в блюдцах .
3. Возьмём лист промокательной бумаги, проведём на нём карандашную линию на расстоянии 3 см от края.
Капнем получившимся раствором краски на карандашную линию. Будем делать это до тех пор, пока пятна не
станут яркими.
Затем свернём бумагу в цилиндр . В тарелку нальём воду (высотой примерно 2,5 см).
Опустим нижнюю часть цилиндра с пятнами краски в тарелку с водой. Бумага начала
впитывать воду, и вода поднимается вверх по бумаге . Подъём воды происходит за
счёт сил притяжения молекул воды и бумаги. Эти силы больше, чем силы притяжения
между частицами воды. Поэтому пятна краски постепенно размываются, их площадь
увеличивается, они одновременно становятся светлее, продолжается подъём краски
вместе с водой . Это явление называется капиллярностью, оно сопровождает
диффузию.
Опыт II
1. Возьмём 2 стакана, в один из них нальём холодную воду, в другой – горячую равного объёма. Термометром
измерим начальную температуру холодной и горячей воды: tx = 6,4 °C, tг = 65,8 °C.
2. Леденцы красного и жёлтого цветов разложим в два тонкостенных стакана с водой. Объём воды в обоих стаканах
равный. В этом эксперименте мы исключили объём. Изменяются три параметра: время, температура и высота столба
окрашенной жидкости. Построим гистограммы, на которых покажем, как через равные интервалы времени
изменяется температура и при этом увеличивается высота окрашенной жидкости.
Специально стакан не нагревали, вода нагревалась за счёт теплообмена с окружающей средой:
1–2 – происходил нагрев самого стакана; 2–3 – при незначительном увеличении температуры резко увеличивалась
высота окрашенной жидкости, т.к. стакан, вероятно, уже нагрелся до температуры окружающей среды и отбираемое
тепло шло на нагревание воды; 3–8 – процесс диффузии шёл почти равномерно.
За 55 мин вода окрасилась не полностью. Это говорит о том, что диффузия зависит от температуры.
На гистограмме 2 показано остывание воды через равные интервалы времени в течение 55 мин и изменение высоты
окрашенной воды:
1–2 – резкое увеличение столба окрашенной жидкости. Это, вероятно, можно объяснить тем, что сначала растворяются
леденцы; 2–3 – нагреваются стакан и окружающая среда, поэтому происходит понижение температуры; 3–8 – процесс
диффузии происходит относительно равномерно, и за 55 мин вода в стакане окрашивается полностью.
Вывод: Мы наблюдали процесс диффузии.
Диффузия – временной процесс.
Продолжительность диффузии зависит от
температуры и рода вещества: чем выше
температура, тем быстрее протекает процесс
диффузии. В твёрдых веществах диффузия
протекает медленнее, чем в жидкостях. Явление
диффузии сопровождалось капиллярными
явлениями.